9716. Ребро правильного тетраэдра
PABC
равно
a
,
M
— точка пересечения медиан грани
PBC
. Найдите:
а) угол между прямой
AM
и плоскостью
PAC
;
б) площадь сечения тетраэдра плоскостью, проходящей через точку
M
перпендикулярно ребру
AB
.
Ответ. а)
\arcsin\frac{1}{3}
; б)
\frac{a^{2}\sqrt{2}}{9}
.
Решение. а) Пусть
E
— середина ребра
PC
,
N
— центр грани
APC
, а высота грани тетраэдра равна
h
. Опустим перпендикуляр
MT
из точки
M
на медиану
AE
грани
APC
. Тогда
MT\parallel BN
, поэтому
MT
— перпендикуляр к плоскости
APC
. Значит, угол между прямой
AM
и плоскостью
PAC
, это угол
MAT
. Кроме того,
BN=BM=h
— высоты тетраэдра.
Из подобия прямоугольных треугольников
MTE
и
BNE
получаем, что
MT=BN\cdot\frac{ME}{BE}=BN\cdot\frac{1}{3}=\frac{1}{3}h.

Следовательно,
\sin\angle MAT=\frac{MT}{BN}=\frac{\frac{1}{3}h}{h}=\frac{1}{3}.

б) Пусть
K
— середина ребра
AB
,
H
— центр грани
ABC
. Плоскость
\alpha
, проходящая через точку
M
перпендикулярно прямой
AB
, параллельна плоскости
CPK
, так как обе эти плоскости перпендикулярны ребру
AB
. Значит, сечение куба плоскостью
\alpha
есть треугольник
XYZ
с вершинами на рёбрах
BC
,
BP
и
AB
соответственно, стороны которого соответственно параллельны сторонам
CP
,
KP
и
CK
треугольника
CPK
. Треугольник
XYZ
подобен треугольнику
CPK
с коэффициентом
k=\frac{BX}{BC}=\frac{BM}{BE}=\frac{2}{3}
. Следовательно,
S_{\triangle XYZ}=k^{2}S_{\triangle CPK}=\left(\frac{2}{3}\right)^{2}\cdot\frac{1}{2}CK\cdot PH=\frac{4}{9}\cdot\frac{1}{2}\cdot\frac{a\sqrt{3}}{2}\cdot a\sqrt{\frac{2}{3}}=\frac{a^{2}\sqrt{2}}{9}.